Астрономам понадобилась помощь множества телескопов на Земле и на орбите, чтобы рассмотреть жизнь активных центров колоссальных галактик и их сверхмассивных черных дыр, и показать, как одно влияет на другое.

Наш родимый Млечный Путь — типичный представитель спиральных галактик со сверхмассивной черной дырой в активном центре
С большого расстояния эллиптические галактики NGC 4621 и NGC 4472 выглядят почти одинаково. Но при большом увеличении (слева) центры их становятся совсем разными. Центр NGC 4621 — яркая «точка», излучение центра NGC 4472 слабее и размазано: множество звезд было вышвырнуто за его пределы после столкновения и слияния с другой галактикой, под влиянием пары сверхмассивных черных дыр
Сверхмассивная черная дыра поглощает соседку: взгляд художника

Известно, что состоящие из мириад звезд галактики растут не в отдельных «инкубаторах», а в тесном «общении», периодически сталкиваясь, перетягивая друг у друга материю, а порой и поглощая более мелких собратьев. Исследование, проведенное Ральфом Бендером (Ralf Bender) и Джоном Корменди (John Kormendy), было посвящено самым крупным и прекрасным представителям галактического семейства — эллиптическим галактикам.

Обладая сплюснутой и вытянутой округлой формой, они могут включать триллионы звезд, и большинство таких галактик несут в своем активном центре сверхмассивные черные дыры, весящие, как многие миллионы, а то и миллиарды солнц. Одно время считалось, что такие черные дыры должны понемногу притягивать к себе все больше газа, пыли и звезд, и вокруг них — в центрах галактик — должны образовываться довольно плотные и интенсивно светящиеся скопления.

Однако подобное предположение не подтверждается прямыми наблюдениями этих объектов, которые были проведены различными наземными обсерваториями в 1980-х, а начиная с 1990-х — орбитальным телескопом Hubble. На самом деле, самые крупные галактики имеют центры сравнительно низкой плотности и яркости. Куда же исчезают звезды, притянутые сверхмассивной черной дырой, но не поглощенные ею?

Возможно, все происходит наоборот: звезды быстро отбрасываются прочь под воздействием «гравитационной пращи», состоящей из вращающихся одна вокруг другой пары черных дыр.

Представим столкновение двух галактик: их черные дыры понемногу сближаются и закручиваются одна вокруг другой в своеобразном колоссальном «танце». Вместе они, вращаясь в окружении звезд, газа и пыли, начинают действовать, как миксер, сбивающий «звездный коктейль» и одновременно с этим быстро поглощающий все окружающее за счет своей колоссальной гравитации. Лишь некоторым звездам удается спастись: закрутившись в этом водовороте, они, как из пращи, запускаются прочь.

Постепенно две черные дыры все приближаются и сливаются воедино, а весь центр новообразовавшейся галактики оказывается практически чист от сияющих звезд. В итоге такой центр должен светиться намного менее ярко, чем центры галактик, не переживших подобного катаклизма — то, что можно назвать «дефицитом светимости». Эта версия не находила подтверждения на практике — до недавнего времени.

Чтобы проверить эту гипотезу, Корменди и Бендер решились на свое исследование. Они провели самый детальный «осмотр» 11-ти галактик скопления Девы, для чего им понадобилось прибегнуть к помощи массы различных телескопов и обсерваторий, в том числе и орбитального зонда Hubble.

Аккуратные замеры светимости центров позволили дать достаточно точные оценки массы звезд, которых «не хватает» в центрах эллиптических галактик. Это и дало довольно неожиданный результат: чем больше масса сверхмассивной черной дыры — тем менее яркий центр у ее галактики, т. е. тем меньше в нем находится звезд и иной материи. И корреляция эта оказалась абсолютно достоверной.

«Мы, астрономы, любим такие точные корреляции, — говорит Бендер, — они говорят, что с чем связано. В данном случае, у нас появились совершенно ясные данные, позволяющие считать, что сверхмассивные черные дыры существенно определяют процесс формирования галактик — по крайней мере, в их центральных регионах».

Теперь можно со всей определенностью описать происходящее в самых центрах крупных галактик. Известно, что в целом соблюдается простое соотношение: чем крупнее галактика, тем больше сверхмассивная черная дыра в ее активном центре. Самые большие и ярко светящиеся галактики обладают и самыми массивными черными дырами. Многие из них появились в результате слияния двух галактик, при этом дыры действовали, как огромная «вселенская праща», отбрасывая звезды прочь от себя.

Впрочем, сам по себе тот факт, что сверхмассивные черные дыры отбрасывают звезды, не новость. Так, мы рассказывали об удивительно мощном «толчке», который дает звездам одна из них, разгоняя эти огромные тела до тысяч километров в секунду: «Вселенская катапульта».

По пресс-релизу NSF